Università degli Studi di Enna Kore Facoltà di Ingegneria ed Architettura Anno Accademico

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1 Facoltà di Ingegneria ed Architettura Anno Accademico A.A. Settore Scientifico Disciplinare CFU Insegnamento Ore di aula Mutuazione 2016/17 FIS/01 6 ELETTROMAGNETISMO AMBIENTALE 48 NO Classe Corso di studi Tipologia di insegnamento Anno di corso e Periodo Sede delle lezioni N Modulo Ingegneria Informatica e delle Telecomuncazioni Attività di Base II Anno Facoltà Ingegneria e Architettura Nome Modulo Tipologia lezioni Ore Docente SSD Ruolo Interno Affidamento NO - Lezioni frontali/ esercitazioni/mis ure *R = ricercatore a tempo indeterminato 48 Gaetano Lanzalone, gaetano.lanzalone@unikore.it FIS/01 *R Si Istituzionale Prerequisiti L allievo dovrà avere conoscenze di analisi matematica e di Fisica Generale. In particolare costituiscono prerequisito per lo studio dell insegnamento la conoscenza preliminare delle equazioni di differenziali, del calcolo integrale e di quello differenziale. Sarà inoltre necessario aver chiari i concetti di campo e le equazioni di Maxwell in forma integrale, il comportamento dei campi staticielettrico emagentico. Pur non essendo formalmente richiesta alcuna propedeuticità, solo tramite i prerequisiti su menzionati sarà possibile una profonda comprensione del corso. Propedeuticità Non è previsto nessun insegnamento propedeutico. Obiettivi formativi Il corso di Elettromagnetismo Ambientale ha l obiettivo di formare ingegneri capaci di analizzare un problema, coglierne gli aspetti fondamentali e

2 trovare tempestivamente la soluzione più efficace per la sua risoluzione. In particolare, il corso ha lo scopo di insegnare allo studente l approccio a un qualsivoglia problema scientifico, legato alle onde elettromagnetiche dalla parte teorica a quella sperimentale che conduce ai fondamenti della misura dei campi elettromagnetici. Risultati di apprendimento (Descrittori di Dublino): Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): acquisizione delle basi teoriche e sperimentali delle Equazioni di Maxwell e delle conseguenti Onde Elettromagnetiche. Comprensione critica delle principali leggi che regolano la propagazione delle onde elettromagnetiche; Conoscenza e capacità di comprensione applicate (applying knowledge and understanding): applicazione delle conoscenze teoriche acquisite attraverso misure guidate in laboratorio ed all esterno del plesso di Ingegneria. Capacità di identificazione degli elementi irraggianti e delle antenne; capacità di applicare le normative studiate e le leggi fisiche a situazioni concrete. Autonomia di giudizio (making judgements): capacità di riconoscere la varietà delle sorgenti di campo, individuandone le principali applicazioni esistenti nella vita quotidiana; capacità di analizzare le misure effettuate per valutare la scelta corretta da effettuare nel rispetto dell inquinamento elettromagnetico ambientale. Abilità comunicative (communication skills): acquisizione della capacità di relazionare ed esprimere problematiche inerenti all oggetto del corso. Capacità di comunicare le proprie conoscenze non solo in occasione delle prove d esame, ma anche nella relazione sulle misure effettuate durante il corso. Capacità di apprendere (learning skills): acquisizione delle competenze necessarie per la preparazione delle prove di verifica e di esame anche attraverso la partecipazione alle lezioni e alle attività di misura sperimentale. Sviluppo di quelle capacità di apprendimento che sono necessarie per intraprendere studi successivi con un alto grado di autonomia. Contenuti e struttura del corso Lezioni frontali: N. ARGOMENTO TIPOLOGIA DURATA 1 Onde elettromagnetiche. Equazioni di Maxwell e loro origine. Operatori e simbologia applicata alle equazioni in forma locale. Equazione di propagazione dalle equazioni di Maxwell nel vuoto : eq. di D Alembert. Principio di relatività. Trasformazioni di Lorentz. Proprietà delle onde elettromagnetiche. Relazioni tra i vettori. Onde mono e policromatiche. Onde piane e onde sferiche. Vettore di Poynting e Lezione frontale 8h

3 sue applicazioni. Energia, quantità di moto e momento angolare trasportati dalle onde elettromagnetiche. Equazioni di Maxwell nella materia.. 2 Potenziale scalare e potenziale vettore. Equazioni di Maxwell compatte. Trasformazione di Gauge. Potenziali ritardati. Calcolo del campo elettromagnetico per via analitica con l uso dei potenziali vettori. 3 Generazione di oscillazioni elettriche ed analogie con la meccanica. Radiazione elettromagnetica prodotta da un dipolo elettrico oscillante. Campo vicino e campo lontano. Lo spettro elettromagnetico. Fenomeni fisici (su scala macroscopica, atomica e nucleare) che producono onde elettromagnetiche. Circuiti oscillanti aperti. Definizione d Antenna e sue applicazioni. Bande spettrali. Cenni alle Tipologie di antenne. Densità di potenza trasmessa ed intensità di radiazione. Caratteristiche di un antenna. Distribuzione dell energia irradiata nello spazio dal dipolo. Diagramma di Radiazione e lobi. Direttività, Guadagno, Efficienza di radiazione, Polarizzazione. Percorsi e meccanismi di Radiopropagazione. 4 Tipologie di Antenne. Antenne a dipolo lineare e ripiegato. Antenne risonanti. Antenne a monopolo lineare su ground. Antenne Yagi-Uda e log-periodiche. Antenne a spira e ad elica. Antenne ad apertura e a riflettore. Cenni su allineamento di antenne. 5 Ottica geometrica. Riflessione totale. Dispersione cromatica. Specchi piani e sferici. Lenti sottili e strumenti ottici principali. Problemi. 6 Interferenza. Interferenza prodotta da più sorgenti coerenti. Diffrazione : Fresnel e Fraunhofer. Interazione della radiazione elettromagnetica materia ambiente; cenni su ottica quantistica: effetto fotoelettrico ed effetto Compton. Problemi. 7 Polarizzazione: Riflessione di luce polarizzata linearmente. Polarizzazione per riflessione o rifrazione. Polarizzazione ellittica e circolare. 8 Possibili effetti dei campi elettromagnetici sulla salute e protezione della popolazione: compiti e competenze. Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti. Effetti termici. Inquinamento elettromagnetico. Mezzi dispersivi ed assorbenti. Interazioni delle onde elettromagnetiche con la materia. Fattori di attenuazione. Sorgenti di campo. Effetti sul corpo umano degli apparati a bassa ed alta frequenza. Effetti acuti e di lungo periodo. Metodi di controllo e protezione. Legislazione e normativa di riferimento. Parametri per la quantificazione del rischio. Inquinamento elettromagnetico: misura valutazione gestione e politiche di prevenzione. 9 Metodi e strumenti di misura del campo elettrico e del campo magnetico in bassa frequenza ed in alta frequenza. Funzionamento di elementari sistemi di rivelazione e trasmissione di onde elettromagnetiche. Misure. Uso di programmi di simulazione di generatori di onde elettromagnetiche a 4h 3h 3h

4 varie frequenze. Attività esercitative / Lavoro di gruppo: Misure in laboratorio ed esterne di campi elettromagnetici. Testi adottati Testi principali: - Mazzoldi, Nigro, Voci - Elementi di Fisica: Elettromagnetismo - EdiSES (ISBN: ) - Lanzalone-Porto-Lombardo - Problemi di Fisica Generale-Onde elettromagnetiche" ed. EDISES : ISBN (2014) - E. Amaldi, R.Bizzarri, G.Pizzella Fisica Generale - Zanichelli (ISBN: ) - Marzano, Pierdicca Fondamenti di Antenne Carocci (ISBN: ) Materiale didattico a disposizione degli studenti: Appunti e dispense del docente cartacee e/o digitali, disponibili sulla pagina personale del docente, che costituiscono la linea guida dello studente; integrati principalmente con : Testi di riferimento: - M. Brusamolin Fisica e Biofisica CEA (ISBN: ) - Focardi, Massa, Uguzzoni Fisica Generale : Onde CEA (ISBN: ) - D. Sette, M. Bertolotti Elettromagnetismo e Ottica Zanichelli (ISBN: ) - Bellomo Antenne Centralizzate Gruppo Jackson (ISBN: ) - C. Mencuccini V. Silvestrini, FISICA II, Liguori Editore, 3 edizione (26 settembre 1998), ISBN-13: Gazzaniga La Fisica del Secolo casa ed. Francesco Vallardi Milano E. Bellone Storia della Fisica- UTET (ISBN: ) - Normative ( ) Testi di approfondimento: - John D. Jackson. Elettrodinamica classica Zanichelli (ISBN: ) - Fleury, Mathieu La luce Emissione Assorbimento Propagazione Zanichelli (II ed. 1970)

5 Modalità di accertamento delle competenze La modalità d esame prevede una prova scritta ed una orale. Inoltre, lo studente che ha partecipato alle misure di campi elettromagnetici, può presentare una relazione scritta sul suo operato. -Prova Scritta : consiste in tre problemi da risolvere in 60 minuti. Gli argomenti della prova sono : Onde Elettromagnetiche, Ottica Fisica e Ottica Geometrica. Traccia dei problemi fedeli alla prova scritta possono essere trovati nei capitoli 6,7 e 8 del volume Problemi di Fisica Generale-Onde elettromagnetiche" ed. EDISES. Durante la prova sarà consentito solamente l uso di una semplice calcolatrice numerica e non di cellulari smart e/o dispositivi elettronici. -Prova Orale: consiste nella discussione su argomenti trattati in aula. Anche le guide, le normative ed i manuali della strumentazione utilizzata nelle misure, sono oggetto di discussione. Durante la prova potrebbe essere richiesto di risolvere ulteriori problemi simili alla prova scritta. -Relazione Scritta: coloro che hanno partecipato alle misure dei campi elettromagnetici, potranno presentare, entro 72ore dall inizio dell appello, la relazione sulle misure in formato PDF esclusivamente via all indirizzo gaetano.lanzalone@unikore.it con oggetto RELAZIONE MISURE EMA. Orari di lezione e date di esame Gli orari di lezione saranno pubblicati sulla pagina web del corso di laurea almeno due mesi prima dell inizio delle lezioni: Le date di esami saranno pubblicati sulla pagina web del corso di laurea almeno due mesi prima dell inizio della sessione d esami: Modalità e orari di ricevimento Gli orari di ricevimento saranno pubblicati sulla pagina personale del docente: Note Nessuna.